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        爐具網訊：自《福建省燃煤鍋爐節能環保提升工程實施方案》發布以來，福州市逐步對10蒸噸/小時(含)以下的高污染燃煤小鍋爐進行淘汰或改造。生物質燃料以其可再生性及CO₂的近零排放特性開始受到廣泛的關注，用于鍋爐燃燒也具有較大的發展前景。本文通過對2018年地區內在用煤和生物質顆粒的水分、灰分、揮發分、熱值、硫和碳氫氮氧元素等指標進行檢測，評價煤和生物質顆粒質量水平及優缺點。

        1. 準備工作

        1.1樣品的采集和制備

        煤和生物質分別隨機采取300個樣品。煤的采樣用煤堆法進行，即分別在不同堆形均勻布置在頂、腰、底的部位上采取6個子樣，每個子樣約500g，總計3kg。生物質顆粒的采樣，以一個樣品為一個采樣單元，每個采樣單元分別采取6個子樣，每個子樣約500g，總計3kg[2]。用于全水分化驗用樣品在實驗室樣品混合充分后用EPS100×60密封式顎式破碎縮分機對其進行縮分至500g。工業分析、熱值及元素分析用樣品，經過烘干達到空氣干燥基后，破碎至粒度≤0.5mm，過篩、縮分至約100g。

        1.2檢測儀器

        BS124S電子分析天平、5E－MF6000智能馬弗爐、HY98－2全密封制樣破碎機、EPS100×60密封式顎式破碎縮分機、5E－MACIV紅外快速煤質分析儀、5E－KC系列快速量熱儀、5E－S31100A測硫儀、5E－CHN2000元素分析儀。

        2. 檢測與分析

        檢測項目為：全水分、工業分析(空干基水分、灰分、揮發分、固定碳)的測定、收到基低位發熱量、全硫和碳氫氮。每項檢測對同一樣品進行2次重復測定，若測定結果超過測定方法中精密度規定，即重復性限的要求，則需要進行第三次、第四次測定直至結果符合要求為止。

        2.1全水分

        煤、生物質顆粒的全水分為外在水分和內在水分的總和。參照標準GB/T 211-2007煤中全水分的測定方法和GB/T 28733-2012固體生物質燃料全水分測定方法進行測定，結果見表1。

        由表1可知，煤的全水分總體上高于生物質顆粒。鍋爐燃燒時燃料中較多的水分會降低燃燒溫度，不利于燃料的燃燒，甚至使著火發生困難；水分吸熱變成水蒸氣并隨煙氣排入大氣，使鍋爐效率降低；水蒸氣增加煙氣的體積，使引風機的電耗增加。

        2.2工業分析

        參照標準GB/T 212-2008煤的工業分析方法和GB/T 28731-2012固體生物質燃料工業分析方法進行測定，結果見表2。

        (1)內水為在規定條件下一般分析試樣本身所具有的水分，又稱為空氣干燥基水分。分析試樣在達到空氣干燥后進行內水檢測，由表2可知，生物質顆粒內水總體而言略低于煤，全水分和內水之間無明顯相關關系。

        (2)灰分為燃料中的無機物，燃料灰分越高，可燃成分相對減少，熱值和燃燒溫度相對降低。燃燒時，燃料表面上的可燃物質燃盡后形成的灰分外殼，隔絕了氧化介質(空氣)與可燃物質的接觸，使燃料難于燃燒完全，造成爐溫下降。固體狀態的灰粒沉積在受熱面上造成積灰，熔融狀態的灰粒吸附在受熱面上造成結渣，影響受熱面的傳熱，給設備的操作和維護帶來困難。灰分高的燃料燃燒后，會排出大量的煙塵和SO₂污染環境。此外，較高的灰分還增加了燃料采集、運輸和粉碎的成本。由表2可知，生物質顆粒的灰分比煤小，并且生物質的灰分可用作農田肥料。

        (3)揮發分指燃料中的有機質受熱分解后產生的可燃性氣體，它是由各種碳氫化合物、H₂S、CO等化合物組成的混合氣體。揮發分過低，則鍋爐不易著火，難以保證鍋爐的穩定燃燒。由表2可知，生物質顆粒的揮發分明顯高于煤，所以生物質燃料易引燃，可以與煤混合燃燒，提高燃燒效率。

        (4)固定碳指燃料中的可燃性固體物，是燃燒產生熱量的主要成分。燃料的固定碳含量會影響燃料發熱值，由表2可知，固定碳數值高的試樣其收到基低位發熱量數值也相應高。生物質顆粒的固定碳含量明顯比煤低得多，其收到基低位發熱量也比煤低。

        2.3全硫

        全硫是指固態燃料中有機硫和無機硫的總和。參照標準GB/T 214-2007煤中全硫的測定方法和GB/T 28732-2012固體生物質燃料全硫測定方法中庫倫滴定法進行測定，結果見表2。燃料中的硫會腐蝕受熱面、風機和污染空氣。由表2可知，生物質顆粒的全硫含量比煤明顯低得多，最大值僅為0.14%，因此燃生物質鍋爐不必設置脫硫裝置，既降低了成本，又利于環境的維護。生物質顆粒全硫的標準偏差很小，僅為0.03%，說明生物質顆粒原料來源含硫量組成穩定，燃料顆粒加工過程中也不易帶入含硫物質。

        2.4發熱量

        參照標準GB/T 213-2008煤的發熱量測定方法和GB/T 30727-2014固體生物質燃料發熱量測定方法中氧彈法進行測定，結果見表2。高位發熱量是指1kg燃料完全燃燒時放出的全部熱量，高位發熱量扣除煙氣中水蒸氣的汽化潛熱即為燃料的低位發熱量。因為低位發熱量最接近工業鍋爐燃燒時的實際發熱量，常用于鍋爐熱力計算。由表2可知，煤和生物質顆粒的熱值較為穩定，生物質顆粒的收到基低位發熱量普遍比煤低。

        2.5碳氫氮氧

        參照標準GB/T 476-2008煤中碳和氫的測定方法、GB/T 19227-2008煤中氮的測定方法、GB/T 28734-2012固體生物質燃料中碳氫測定方法和GB/T 30728-2014固體生物質燃料中氮的測定方法進行測定，結果見表3。

        燃料中碳、氫、氮含量的測定對于了解燃料的性質、優化鍋爐燃燒和減少環境污染有著十分重要的意義。由表3可知，福州市在用煤的含碳量為43.74%～60.11%，含氫量為2.36%～3.71%，生物質燃料含碳量為43.75%～48.49%，含碳量普遍在4.84%～5.99%，碳氫之和占燃料的50%以上。生物質燃料含碳量總體上比煤低，其中含碳量最高的也僅49%左右，相比煤的熱值較低，這與測得的低位發熱量相符。但生物質釋放出的CO₂很低，相比煤可以認為是CO₂零排放，可減少溫室氣體效應。生物質的含氫量與煤相比偏高，生物質中大多數碳和氫結合成低分子的碳氫化合物，達到一定溫度后熱分解而析出揮發分，使揮發分明顯偏高，所以生物質燃料易點燃。生物質顆粒含氧量明顯高于煤炭，也是造成生物質燃料熱值偏低的原因之一。

        3. 結論

        (1)根據檢測數據分析，按照GB/T 5751-2009中國煤炭分類方法，福州地區在用煤種主要是煙煤。300個生物質燃料樣品經檢測均符合NY/T 1878-2010生物質固體成型燃料技術條件的要求。

        (2)分析比較煤炭和生物質燃料的檢測數據，生物質顆粒易于燃盡，燃燒后灰燼中殘留的碳量比煤少。生物質灰燼是品位極高的優質有機鉀肥，可以制造化肥，實現廢物減量化、無害化、資源化利用，礦物燃料煤則難以做到。生物質顆粒揮發分含量高，易點燃。生物質顆粒含硫量極低，對環境的污染程度較低，同時，低含硫量不會對鍋爐造成腐蝕，可延長鍋爐的使用壽命。

        (3)生物質燃料的熱值低于煤，這是由于生物質雖有較高揮發分但固定碳含量少，因此用作鍋爐燃料時，可以考慮生物質與煤摻混燃燒，既保證燃料具有足夠的熱值又可以提高燃燒穩定性。

        (4)此外，生物質顆粒燃燒所釋放的二氧化碳接近零排放，有助于緩解溫室效應。生物質顆粒燃料清潔衛生，投料方便，減少工人的勞動強度，改善了勞動環境，企業可減少勞動力成本。

        原標題：【行業分析】煤和生物質顆粒質量分析